DE3889914T2

DE3889914T2 - DEVICE FOR INSULATION.

Info

Publication number: DE3889914T2
Application number: DE3889914T
Authority: DE
Inventors: Roger Frick; Dean Pierce
Original assignee: Rosemount Inc
Current assignee: Rosemount Inc
Priority date: 1987-03-12
Filing date: 1988-03-07
Publication date: 1995-01-05
Anticipated expiration: 2008-03-08
Also published as: JPH02502485A; US4798089A; EP0370013A4; CA1322472C; WO1988007185A1; EP0370013A1; KR890700815A; EP0370013B1; KR970001970B1; CN1013224B; JP2696375B2; CN88101231A; DE3889914D1; HK147994A

Description

BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Isolationsvorrichtung zum Isolieren eines Drucksensors in einem Instrument, wie beispielsweise einen Druckgeber, von einem Fluid, wie z. B. von einem unter Druck stehenden Prozeßfluid.The present invention relates to an isolation device for isolating a pressure sensor in an instrument, such as a pressure transmitter, from a fluid, such as a pressurized process fluid.

2. Description of the state of the art

Ein von einem Instrument überwachtes Prozeßfluid kann korrosiv sein und einen Drucksensor in dem Instrument beschädigen, wenn ein direkter Kontakt zwischen dem Fluid und dem Sensor auftritt. Es kann eine Isolationsvorrichtung zwischen dem Drucksensor und einem Eingangsflansch oder einem Verteilerstück zwischengeschaltet werden, welche das Instrument mit einer das Fluid führenden Leitung verbindet.A process fluid monitored by an instrument can be corrosive and can damage a pressure sensor in the instrument if direct contact occurs between the fluid and the sensor. An isolation device can be interposed between the pressure sensor and an inlet flange or manifold connecting the instrument to a line carrying the fluid.

Eine derartige Vorrichtung nach dem Stand der Technik, weist ein Isolationsdiaphragma, ein Isolationsfluid und einen Druckabdichtring auf. Eine dünnes, flexibles, im wesentlichen rundes Isolationsdiaphragma ist in einem in dem Instrumentengehäuse vorgesehenen zylindrischen Einlaßraum für die Aufnahme des Prozeßfluids angeordnet und lenkt als Reaktion auf einen Druck aus, der auf eine erste Seite des Diaphragmas durch das Prozeßfluid ausgeübt wird. Das Diaphragma ist um seine äußere Begrenzung herum dichtend, wie z. B. durch eine umlaufende Schweißnaht mit einer im wesentlichen zylindrischen Seitenwand des Einlaßraums verbunden und dichtet dadurch die äußere Begrenzung des Diaphragmas zum Einlaßraum hin ab. Ein zentraler auslenkbarer Bereich des Diaphragmas ist von der äußeren Begrenzung umgeben und weist die aktive auf den Druck reagierende Zone auf. Eine zweite dem Prozeßfluid gegenüberliegende Seite ist zu einer abgedichteten Isolationskammer geöffnet, die in dem Instrument vorgesehen ist und im wesentlichen mit einem im wesentlichen inkompressiblen Fluid, wie beispielsweise Silikonöl, gefüllt ist. Das Isolationsfluid koppelt den Druck über einen in dem Instrument vorgesehen Verbindungsweg, der von der Isolationskammer zu dem isolierten Drucksensor führt, ein. Die Bewegung des Isolationsfluids als Reaktion auf die Auslenkung des Isolationsdiaphragmas überträgt somit den Druck des Prozeßfluids auf den isolierten Drucksensor. Der Druckabdichtring, wie z. B. ein O-Ring aus elastischem Material, ist um das Isolationsdiaphragma herum angeordnet und koppelt das Prozeßfluid dichtend von dem Eingangsflansch auf das Isolationsdiaphragma. In einer derartigen Vorrichtung nach dem Stand der Technik ist der Dichtungsring zwischen dem Eingangsflansch und dem Isolationsdiaphragma zusammengepreßt. Dieses Zusammenpressen verhindert die Auslenkung eines Abschnitts des Diaphragmas, welcher benachbart zum Dichtring liegt. Die ringförmige Dichtung, welche durch den Druckdichtring um das Diaphragma herum gegeben ist, begrenzt somit die effektive Fläche der aktiven Zone des Isolationsdiaphragmas.Such a prior art device comprises an isolation diaphragm, an isolation fluid and a pressure sealing ring. A thin, flexible, substantially circular isolation diaphragm is arranged in a cylindrical inlet space provided in the instrument housing for receiving the process fluid and deflects in response to a pressure exerted on a first side of the diaphragm by the process fluid. The diaphragm is sealingly connected around its outer boundary, such as by a circumferential weld, to a substantially cylindrical side wall of the inlet space, thereby sealing the outer boundary of the diaphragm from the inlet space. A central deflectable region of the diaphragm is surrounded by the outer boundary and comprises the active pressure responsive zone. A second side opposite the process fluid is open to a sealed isolation chamber provided in the instrument and substantially connected to a substantially incompressible fluid, such as silicone oil. The isolation fluid couples the pressure via a communication path provided in the instrument that leads from the isolation chamber to the isolated pressure sensor. The movement of the isolation fluid in response to the deflection of the isolation diaphragm thus transfers the pressure of the process fluid to the isolated pressure sensor. The pressure sealing ring, such as an O-ring made of elastic material, is arranged around the isolation diaphragm and sealingly couples the process fluid from the inlet flange to the isolation diaphragm. In such a prior art device, the sealing ring is compressed between the inlet flange and the isolation diaphragm. This compression prevents the deflection of a portion of the diaphragm that is adjacent to the sealing ring. The annular seal provided by the pressure sealing ring around the diaphragm thus limits the effective area of the active zone of the isolation diaphragm.

Isolationsfluids können sich mit steigender Temperatur ausdehnen. Somit kann eine erhöhte Betriebstemperatur eine Ausdehnung des Isolationsfluids bewirken, welches innerhalb der abgeschlossenen Isolationskammer und dem Verbindungskanal des Instruments eingeschlossen ist, und die aktive Zone des Diaphragmas wird in der effektiven Fläche mit Auslenkung reagieren, um sich dem vergrößerten Isolationsfluidvolumen anzupassen. Die Anpassung an das ausdehnte Isolationsfluidvolumen vergrößert die Spannung in dem Diaphragma. Das gespannte Diaphragma übt einen Druck auf das eingeschlossenen Isolationsfluid aus und dieser Druck wird von dem Drucksensor erfaßt. Der Sensor erfaßt den Druck des Prozeßfluids plus den Druck aufgrund der Spannung des Isolationsdiaphragmas. Der erfaßte Druck wird somit von den temperaturinduzierten Fehlern beeinträchtigt. Diese Druckmeßfehler sind im allgemeinen proportional zu der Änderung des Isolationsfluiddrucks dividiert durch die Volumenänderung aufgrund der Diaphragmabewegung (dp/dv). Da dp/dv ein Isolationsdiaphragmaparameter ist, welcher eine strikte Funktion der effektiven Fläche der aktiven Zone des Diaphragmas ist, ist es wünschenswert, ein Isolationsdiaphragma mit einer derart großen effektiven Fläche einzusetzen, daß die ausreichend fähig ist, sich den volumetrischen Änderungen in der Isolationsfluid anzupassen und dadurch den Druckmeßfehler zu minimieren. Beispielsweise kann die Vergrößerung der effektiven Fläche eines runden Isolationsdiaphragmas durch Erhöhen des Durchmessers seiner auslenkbaren effektiven Fläche von 1 inch (2,54 cm) auf 1,2 inch (3,05 cm) die temperaturinduzierten Druckmeßfehler um einen Faktor zwei oder mehr reduzieren.Isolation fluids can expand with increasing temperature. Thus, increased operating temperature can cause expansion of the isolation fluid trapped within the sealed isolation chamber and instrument connection channel, and the active zone of the diaphragm will respond with deflection in the effective area to accommodate the increased isolation fluid volume. Adaptation to the expanded isolation fluid volume increases the stress in the diaphragm. The strained diaphragm exerts a pressure on the enclosed isolation fluid and this pressure is sensed by the pressure sensor. The sensor senses the pressure of the process fluid plus the pressure due to the isolation diaphragm stress. The sensed pressure is thus affected by temperature induced errors. These pressure measurement errors are generally proportional to the change in isolation fluid pressure divided by the volume change due to diaphragm movement (dp/dv). Since dp/dv is an isolation diaphragm parameter which is a strict function of the effective area of the active zone of the diaphragm, it is desirable to employ an isolation diaphragm with such a large effective area that it is sufficiently capable of accommodating volumetric changes in the isolation fluid and thereby minimizing pressure measurement error. For example, increasing the effective area of a circular isolation diaphragm by increasing the diameter of its deflectable effective area from 1 inch (2.54 cm) to 1.2 inches (3.05 cm) can reduce temperature-induced pressure measurement errors by a factor of two or more.

Da jedoch in derartigen Isolationsvorrichtungen nach dem Stand der Technik die effektive Fläche der aktiven Zone nicht größer sein kann als die Zone die von dem Druckdichtring umgeben wird, wird die Größe des Dichtrings zum begrenzenden Faktor. Beispielsweise ergibt ein zusammenpreßbarer Dichtring, der innerhalb eines Einlaßraums über einem runden Isolationsdiaphragma mit einer auslenkbaren aktiven Zone mit einem Durchmesser von 1,25 inch (3,18 cm) montiert ist, eine effektive Fläche der aktiven Zone mit einem Durchmesser von circa 1,0 inch (2,54 cm), wenn er zwischen dem Eingangsflansch und dem Diaphragma zusammengepreßt wird. Ferner entstehen Diaphragmaeinschränkungen aus der Verwendung zunehmend kleinerer Halbleiter-Drucksensoren mit entsprechend kleineren Instrumentengehäusen, welche zusätzlich den für Diaphragmas verfügbaren Platz einschränken. In Druckgebern kann die Größe des Dichtrings weiter durch den Platz eingeschränkt werden, der zwischen Schrauben zur Verfügung steht, die den Druckgeber mit einem Flansch/Adapter-Verbindungsstück nach Industriestandard verbinden.However, since in such prior art isolation devices the effective area of the active zone cannot be larger than the zone surrounded by the pressure seal ring, the size of the seal ring becomes the limiting factor. For example, a compressible seal ring mounted within an inlet cavity over a circular isolation diaphragm with a deflectable active zone of 1.25 inch (3.18 cm) diameter will result in an effective area of the active zone of approximately 1.0 inch (2.54 cm) diameter when compressed between the inlet flange and the diaphragm. Further, diaphragm limitations arise from the use of increasingly smaller solid-state pressure sensors with correspondingly smaller instrument housings, which further limit the space available for diaphragms. In pressure transducers, the seal ring size may be further limited by the space available between bolts connecting the pressure transducer to an industry standard flange/adapter connector.

US-A-438833 (Kuwayama) offenbart einen Differenzdruckmesser, welcher darin einen Auslenkungsgeber zum Erzeugen einer Auslenkung, die einem Differenzdruck entspricht, und zum Umwandeln der Auslenkung in ein elektrisches Signal enthält. Der Auslenkungsgeber ist zwischen einem ersten und einem zweiten plattenähnlichen Element in einem röhrenförmigen Körper angeordnet. Ein an Diaphragmen angelegter Druck, welche als Druckaufnahmeelemente arbeiten wird über Durchgangslöcher in den plattenähnlichen Elementen zu dem Auslenkungsgeber übertragen. Jedes Diaphragma ist mittels eines metallischen Dichtrings auf eine Endfläche des röhrenförmigen Körpers aufgeschweißt. Ein Flansch ist an jedem Ende des röhrenförmigen Körpers mittels Muttern und Schrauben befestigt, wobei die aneinanderstoßenden Flächen des Flanschs und des Metalldichtrings durch einen O-Ring abgedichtet werden. Der Metalldichtring hat einen großen Oberflächenbereich in Kontakt mit dem Diaphragma stehen und reduziert somit die effektive aktive Zone des Diaphragmas.US-A-438833 (Kuwayama) discloses a differential pressure gauge which includes therein a displacement sensor for generating a displacement corresponding to a differential pressure and for converting the displacement into an electrical signal. The displacement sensor is arranged between a first and a second plate-like element in a tubular body. Pressure applied to diaphragms, which act as pressure sensing elements, is transmitted to the displacement sensor through through holes in the plate-like elements. Each diaphragm is welded to one end face of the tubular body by means of a metal sealing ring. A flange is attached to each end of the tubular body by means of nuts and bolts, with the abutting surfaces of the flange and the metal sealing ring being sealed by an O-ring. The metal sealing ring has a large surface area in contact with the diaphragm, thus reducing the effective active zone of the diaphragm.

Der vorliegenden Erfindung gemaß ist eine Vorrichtung zum isolierendem Koppeln eines Drucks von einem Fluid in einem Eingangselement auf einen Drucksensor bereitgestellt, der ein Ausgangssignal als Funktion des Drucks liefert, wobei ein Einlaßraum zum Aufnehmen des Fluids von dem Eingangselement in der Vorrichtung angeordnet ist, eine Isolationseinrichtung in dem Einlaßraum angeordnet ist und eine aktive Zone aufweist, die vom einer äußeren Begrenzung begrenzt ist, um den Druck von dem Fluid isolierend auf den Drucksensor zu koppeln, eine Abdichtungseinrichtung in dem Einlaßraum um die Isolationseinrichtung herum angeordnet ist, um den Einlaßraum dichtend abzugrenzen, die Abdichtungseinrichtung eine Einlaßfläche aufweist, welche das Fluid von dem Eingangselement auf die Isolationseinrichtung koppelt, und eine Halteeinrichtung aufweist, die zum Unterstützen der Abdichteinrichtung in dem Einlaßraum angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung so konfiguriert ist, daß sie zumindest einen Abschnitt der Isolationseinrichtung, der benachbart zur äußeren Begrenzung liegt, überspannt und zumindest einen Abschnitt der Abdichtungseinrichtung von der aktiven Zone in der Weise fernhält, daß eine effektive Fläche der aktiven Zone größer als die Einlaßfläche der Abdichtungseinrichtung ist.According to the present invention there is provided a device for isolatingly coupling a pressure from a fluid in an input element to a pressure sensor which provides an output signal as a function of the pressure, wherein an inlet space for receiving the fluid from the input element is arranged in the device, an isolation device is arranged in the inlet space and has an active zone which is delimited by an outer boundary for isolatingly coupling the pressure from the fluid to the pressure sensor, a sealing device is arranged in the inlet space around the isolation device to sealingly delimit the inlet space, the sealing device has an inlet surface which couples the fluid from the input element to the isolation device, and has a holding device which is arranged to support the sealing device in the inlet space, characterized in that the holding device is configured to span at least a portion of the isolation device which is adjacent to the outer boundary and keeping at least a portion of the sealing device away from the active zone in such a way that an effective area of the active zone is larger than the inlet area of the sealing device.

Die Erfindung betrifft eine Isolationsvorrichtung zum isolierenden Koppeln eines Drucks von einem in einer Leitung geführten Fluid, wie ein Industrieprozeßfluid, auf einen Drucksensor in einem Instrument, welcher ein Ausgangssignal als Funktion des Drucks liefert. Die Isolationsvorrichtung ist über ein Eingangselement, wie z. B. einen Eingangsflansch oder ein Flansch/Adapter-Verbindungsstück oder ein Verteilerstück an die Leitung gekoppelt. Ein Einlaßraum ist in der Vorrichtung für die Aufnahme des Prozeßfluids von der Leitung vorgesehen. In dem Einlaßraum ist eine Isolationsvorrichtung für die Isolation des Prozeßfluids von dem Drucksensor vorgesehen, über die der Druck des Prozeßfluids auf den Sensor gekoppelt wird. Die Isolationsvorrichtung enthält eine aktive Zone, die auf den Druck des Prozeßfluids reagiert. Im Einlaßraum um die Isolationseinrichtung herum ist eine Dichteinrichtung zum dichtenden Koppeln des Prozeßfluids von der Leitung und dem Eingangselement auf die Isolationseinrichtung angeordnet. Im Einlaßraum ist eine Halteeinrichtung zum Fernhalten der Dichteinrichtung von der aktiven Zone der Isolationsvorrichtung in der Weise angeordnet, daß eine effektive Fläche der Isolationsvorrichtung im wesentlichen die gesamte aktive Zone ist und daß die effektive Fläche nicht durch die Dichteinrichtung eingeschränkt wird, wodurch das Ausgangssignal des Instruments für eine gewählte Größe der Druckdichtung verbessert wird.The invention relates to an isolation device for isolatingly coupling a pressure of a pressure in a line conducted fluid, such as an industrial process fluid, to a pressure sensor in an instrument which provides an output signal as a function of the pressure. The isolation device is coupled to the line via an input element, such as an input flange or a flange/adapter connector or a manifold. An inlet space is provided in the device for receiving the process fluid from the line. In the inlet space an isolation device is provided for isolating the process fluid from the pressure sensor, via which the pressure of the process fluid is coupled to the sensor. The isolation device contains an active zone which responds to the pressure of the process fluid. In the inlet space around the isolation device a sealing device is arranged for sealingly coupling the process fluid from the line and the input element to the isolation device. A holding device is arranged in the inlet space for holding the sealing device away from the active zone of the isolation device such that an effective area of the isolation device is substantially the entire active zone and that the effective area is not restricted by the sealing device, thereby improving the output of the instrument for a selected size of pressure seal.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Isolationsvorrichtung ein dünnes, flexibles, im wesentlichen rundes Isolationsdiaphragma aus Metall auf, welches an seiner äußeren Begrenzung um seinen Umfang beispielsweise mittels einer umlaufenden Schweißnaht dichtend mit einer im wesentlichen zylindrischen Seitenwand verbunden ist, die einen zylindrischen Einlaßraum in dem Instrumentengehäuse bildet und dadurch eine Isolationskammer einschließt. Der von der Verbindungsschweißnaht umgebene Abschnitt des Isolationsdiaphragmas bildet die aktive Zone des Diaphragmas, welche als Reaktion auf den Druck des Prozeßfluiddrucks auslenkt, der auf eine dem Prozeßfluid ausgesetzte Seite des Diaphragmas einwirkt. Der Druck wird von dem Isolationsdiaphragma über ein im wesentlichen inkompressibles Isolationsfluid, das in der Isolationskammer angeordnet ist, wie z. B. Silikonöl, gekoppelt, um auf einen in dem Instrument angeordneten Drucksensor einzuwirken. Die Dichtungsstützeinrichtung weist ein ringähnliches Stützelement mit einer ringförmigen sich verjüngenden Wand auf, die in dem Einlaßraum angeordnet und über der äußeren Begrenzung des Isolationsdiaphragmas abgestützt ist. Die sich verjüngende Wand erstreckt sich von der Einlaßraumseitenwand nach innen und verjüngt sich über einen gewählten Abstand von dem Isolationsdiaphragma weg, um eine zentrale Öffnung für den Durchtritt des Prozeßfluids dadurch zum Einwirken auf das Isolationsdiaphragma zu bilden. Die Dichtungseinrichtung weist einen Druckdichtungsring, wie z. B. einen O-Ring aus elastischem Material auf, der zwischen dem Dichtungsstützelement und dem Eingangselement zusammengepreßt gehalten wird, um dadurch eine ringförmige Abdichtung zu bewirken.In a preferred embodiment, the isolation device comprises a thin, flexible, substantially circular metal isolation diaphragm which is sealingly connected at its outer boundary around its circumference, for example by means of a circumferential weld, to a substantially cylindrical side wall which forms a cylindrical inlet space in the instrument housing and thereby encloses an isolation chamber. The portion of the isolation diaphragm surrounded by the connecting weld forms the active zone of the diaphragm which deflects in response to the pressure of the process fluid pressure acting on a side of the diaphragm exposed to the process fluid. The pressure is transferred from the isolation diaphragm via a substantially incompressible Isolation fluid disposed in the isolation chamber, such as silicone oil, coupled to act on a pressure sensor disposed in the instrument. The seal support means comprises a ring-like support member having an annular tapered wall disposed in the inlet space and supported over the outer boundary of the isolation diaphragm. The tapered wall extends inwardly from the inlet space side wall and tapers away from the isolation diaphragm over a selected distance to form a central opening for the passage of the process fluid therethrough to act on the isolation diaphragm. The seal means comprises a pressure sealing ring, such as an O-ring of resilient material, held compressed between the seal support member and the inlet member to thereby effect an annular seal.

Die Isolationsvorrichtung hält somit den Druckdichtring von der aktiven Zone des Isolationsdiaphragmas fern, so daß das unter Druck stehenden Fluid im wesentlichen auf die gesamte aktive Zone, einschließlich dessen äußeren Umfang einwirkt, welcher in der Vertiefung unterhalb des überspannenden Dichtungsstützelements und des Druckdichtrings liegt. Die vorliegende Erfindung verbessert somit die effektive Fläche der aktiven Zone des Isolationsdiaphragmas bezogen auf eine gegebene Größe der Druckdichtung, was wiederum die dp/dv-bezogenen Druckmeßfehler minimiert, und dadurch im wesentlichen das Ausgangssignal des Instruments verbessert. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen werden verschiedene Modifikationen am Dichtungsstützelement und am Isolationsdiaphragma bereitgestellt, welche die aktive Zone des Isolationsdiaphragmas weiter verbessern, die Reinigung und Reparatur des Isolationsdiaphragmas erleichtern und einen Schutz vor Beschädigung während der Handhabung bereitstellen, und welche die Materialkosten durch Reduzieren der Menge der Instrumententeile, die aus teuren korrosionsfesten Materialien hergestellt werden müssen, senken können. Ferner erlaubt die vorliegende Isolationsvorrichtung den Einsatz von Instrumenten mit Isolationsdiaphragmen mit kleinerem Durchmesser mit entsprechend verkleinerten Größen der Instrumentengehäuse, ohne auf Kompromisse bezüglich der Leistung einzugehen.The isolation device thus keeps the pressure seal ring away from the active zone of the isolation diaphragm so that the pressurized fluid acts on substantially the entire active zone, including its outer periphery, which lies in the recess beneath the spanning seal support member and the pressure seal ring. The present invention thus improves the effective area of the active zone of the isolation diaphragm relative to a given size of the pressure seal, which in turn minimizes the dp/dv related pressure measurement errors, and thereby substantially improves the output of the instrument. In further preferred embodiments, various modifications to the seal support member and the isolation diaphragm are provided which further improve the active zone of the isolation diaphragm, facilitate cleaning and repair of the isolation diaphragm and provide protection from damage during handling, and which can reduce material costs by reducing the amount of instrument parts that must be made from expensive corrosion-resistant materials. Furthermore, the present isolation device allows the use of instruments with smaller diameter isolation diaphragms with correspondingly reduced instrument housing sizes without compromising performance.

BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Es stellen dar:They represent:

Fig. 1 eine Zeichnung eines Instruments einschließlich einer Blockschaltbilddarstellung der Schaltung eines Differenzdruckgebers mit darin montierten Isolationsdiaphragmen, die eine erfindungsgemäße Isolationsvorrichtung zeigt,Fig. 1 is a drawing of an instrument including a block diagram of the circuit of a differential pressure transmitter with isolation diaphragms mounted therein, showing an isolation device according to the invention,

Fig. 2 eine Teilschnittansicht eines Gebers ähnlich dem in Fig. 1 dargestellten, die eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem darin montierten Isolationsdiaphragma mit gewölbten Aufbau zeigt,Fig. 2 is a partial sectional view of a sensor similar to that shown in Fig. 1, showing a second embodiment of the present invention with a domed construction isolation diaphragm mounted therein,

Fig. 3 eine Teilschnittansicht eines Gebers ähnlich dem in Fig. 1 dargestellten, der ein durch Zusammendrücken befestigtes Dichtungsstützelement und eine erfindungsgemäße Dichtring-Isolationsanordnung aufweist,Fig. 3 is a partial sectional view of a sensor similar to that shown in Fig. 1, having a compression-mounted seal support member and a seal ring isolation arrangement according to the invention,

Fig. 4 eine Teilschnittansicht eines Gebers ähnlich dem in Fig. 1 dargestellten, die eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform des Dichtungsstützelements zeigt,Fig. 4 is a partial sectional view of a sensor similar to that shown in Fig. 1, showing a further embodiment of the sealing support element according to the invention,

Fig. 5 eine Teilschnittansicht eines Gebers ähnlich dem in Fig. 1 dargestellten, die eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform des Dichtungsstützelements zeigt,Fig. 5 is a partial sectional view of a sensor similar to that shown in Fig. 1, showing a further embodiment of the sealing support element according to the invention,

Fig. 6 eine Teilschnittansicht eines Differenzdruckgebers entlang einer Linie 6-6 von Fig. 7, der koplanare darin befestigte Isolationsdiaphragmen aufweist, welche mit den Prozeßleitungen und Flansch/Adapter-Verbindungstücken nach Industriestandard durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Isolationsvorrichtung gekoppelt sind, undFig. 6 is a partial sectional view of a differential pressure transmitter taken along line 6-6 of Fig. 7 having coplanar isolation diaphragms mounted therein coupled to the process lines and industry standard flange/adapter connectors by another embodiment of the isolation device of the present invention, and

Fig. 7 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Isolationsvorrichtung längs einer Linie 7-7 von Fig. 6 ist.Fig. 7 is a plan view of the isolation device according to the invention taken along line 7-7 of Fig. 6.

DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS

In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform eines Druckgebers 10 mit einer erfindungsgemäßen Isolationsvorrichtung 12 dargestellt, die in einem in Fig. 1 in Schnittansicht dargestellten Sensormodul 10A angeordnet ist. Der Geber 10 enthält einen Differenzdruckwandler 14 des kapazitiven Typs, wie er in dem 9. November 1971 an L. Frick erteilten US- Patent Nr. 3 618 390 offenbart ist, welches hiermit durch Bezugnahme beinhaltet ist, und welcher ein für den erfaßten Druck repräsentatives Signal entlang der Leitungen 16 zu der Geberschaltung 18 liefert. Die Geberschaltung 18 kann ein beliebiger für den Wandler 14 geeigneter Typ sein, um ein für den erfaßten Druck repräsentatives Ausgangssignal entlang der Leitung 20 an die Ableseeinrichtung 22 zu liefern. Die Isolationsvorrichtung 12 ist nicht nur auf die Verwendung bei Differenzdruckgebern beschränkt, sondern kann beispielsweise auch für Absolut- und Überdruckgeber und andere Vorrichtungen, die eine Isolationsvorrichtung mit einem Isolationsdiaphragma verwenden, eingesetzt werden. Die Isolationsvorrichtung 12 kann beispielsweise auch zusammen mit anderen Drucksensortypen, wie z. B. Dehnungsmeßstreifensensoren, piezoresistiven, piezoelektrischen, magnetischen und optischen Sensoren verwendet werden.1, there is shown a first embodiment of a pressure transmitter 10 having an isolation device 12 according to the invention arranged in a sensor module 10A shown in sectional view in FIG. 1. The transmitter 10 includes a differential pressure transducer 14 of the capacitive type as disclosed in U.S. Patent No. 3,618,390 issued to L. Frick on November 9, 1971, which is hereby incorporated by reference, which provides a signal representative of the sensed pressure along lines 16 to the transmitter circuit 18. The transmitter circuit 18 may be of any type suitable for the transducer 14 to provide an output signal representative of the sensed pressure along line 20 to the reading device 22. The isolation device 12 is not only limited to use with differential pressure sensors, but can also be used for example for absolute and gauge pressure sensors and other devices that use an isolation device with an isolation diaphragm. The isolation device 12 can also be used for example together with other pressure sensor types, such as strain gauge sensors, piezoresistive, piezoelectric, magnetic and optical sensors.

Der Geber 14 weist im wesentlichen ein rundes Isolationsdiaphragma 24 für die Aufnahme eines Druckes P1 und einen kapazitiven Drucksensor auf, der allgemein bei 26 in zentraler Anordnung in dem Geber dargestellt ist. Ein Einlaßraum 28 mit einer im wesentlichen zylindrischen Seitenwand 30 ist in einem Gebergehäuse 32 für die Aufnahme des zu erfassenden unter Druck stehenden Fluids vorgesehen, welches gasförmig oder flüssig sein kann. Der Einlaßraum 28 weist einen angepaßten Eingangsflansch 34 für das Prozeßfluid auf, welcher ein Flansch, wie dargestellt, oder ein damit verbundenes und durch Halteschrauben 36 und Muttern 36A gehaltenes Standard-Flansch/Adapter-Verbindungsstück sein kann. Der Eingangsflansch 34 weist eine zentrale Gewindeöffnung 38 auf, in die eine geeignete Zuführungsleitung 40 für das unter Druck stehende Fluid eingeschraubt werden kann. Die Leitung 40 ist mit einer Quelle des Prozeßfluids verbunden, welche einen zu messenden Druck P1 aufweist.The transmitter 14 comprises a substantially circular isolation diaphragm 24 for receiving a pressure P1 and a capacitive pressure sensor shown generally at 26 centrally located in the transmitter. An inlet chamber 28 having a substantially cylindrical side wall 30 is provided in a transmitter housing 32 for receiving the pressurized fluid to be sensed, which may be gaseous or liquid. The inlet chamber 28 has a suitable inlet flange 34 for the process fluid, which may be a flange as shown or a standard flange/adapter connector connected thereto and held by retaining screws 36 and nuts 36A. The inlet flange 34 has a central threaded opening 38 into which a suitable supply line 40 for the pressurized fluid can be screwed in. The line 40 is connected to a source of the process fluid which has a pressure P1 to be measured.

Eine Basiswand 42 ist in das Gehäuse 32 eingearbeitet, um einen Boden für den Einlaßraum 28 zu bilden, welcher im wesentlichen der Oberflächenkontur des Isolationsdiaphragmas 24 entspricht, welches nach Darstellung von Fig. 1 teilweise gewellt ist. Entlang der Umfangskante des Basiswand 42 ist dort, wo sie mit der Seitenwand 30 in Verbindung steht, eine ringförmige Schulter 44 vorgesehen. Das Isolationsdiaphragma 24 ist umlaufend an einer Schweißnaht 46 entlang ihres Umfangs mit der ringförmigen Schulter 44 verschweißt und bildet eine abgedichtete Isolationskammer 48, welche sich über einen Auslaß 50 in der Basiswand 42 zu einem Verbindungsweg 52 öffnet, welcher die Verbindung zu dem Drucksensor 26 herstellt. Das Isolationsdiaphragma 24 ist dünn, flexibel und besteht aus Metall und ist vorzugsweise gewellt, um seinen Arbeitsbereich zu erweitern. Die Arbeitsweise des kapazitiven Sensors 26 ist in dem US-Patent 3 618 390 beschrieben, welches hiermit durch Bezugnahme beinhaltet ist.A base wall 42 is machined into the housing 32 to form a floor for the inlet chamber 28 which substantially conforms to the surface contour of the isolation diaphragm 24 which is partially corrugated as shown in Fig. 1. An annular shoulder 44 is provided along the peripheral edge of the base wall 42 where it connects to the side wall 30. The isolation diaphragm 24 is welded to the annular shoulder 44 at a weld seam 46 along its periphery and forms a sealed isolation chamber 48 which opens via an outlet 50 in the base wall 42 to a communication path 52 which connects to the pressure sensor 26. The isolation diaphragm 24 is thin, flexible and made of metal and is preferably corrugated to extend its working range. The operation of the capacitive sensor 26 is described in U.S. Patent 3,618,390, which is hereby incorporated by reference.

Ein geeignetes Isolationsfluid 54, vorzugsweise ein im wesentlichen inkompressibles Fluid, wie z. B. Silikonöl, füllt im wesentlichen die miteinander verbundene Isolationskammer 48 und den Verbindungsweg 52, der mit dem Drucksensor 26 in Verbindung steht, wobei jede Hälfte davon ebenfalls mit Isolationsfluid 54 gefüllt ist. Das Isolationsfluid 54 funktioniert somit als ein Druckübertragungsmedium zwischen dem Isolationsdiaphragma 24, welches dem unter Druck stehenden Prozeßfluid ausgesetzt ist, und dem isolierten Drucksensor 26. Vollständig identische Zweifach-Isolationsdiaphragmen 24 sind jeweils an gegenüberliegenden Seiten des Drucksensors 26 angebracht und stehen mit dem Drucksensor über das Isolationsfluid 54 in Verbindung, um einen Unterschied im Druck der Prozeßfluids zu erfassen. Somit wird sich, wenn ein Druckunterschied (P1-P2) zwischen den Prozeßfluids existiert, das Isolationsdiaphragma 24 entsprechend auslenken, was wiederum das Isolationsfluid 54 veranlaßt, auf den Drucksensor 26 einzuwirken, welcher ein kapazitives Signal an die Geberschaltung 18 liefert.A suitable isolation fluid 54, preferably a substantially incompressible fluid such as silicone oil, substantially fills the interconnected isolation chamber 48 and the communication path 52 communicating with the pressure sensor 26, each half of which is also filled with isolation fluid 54. The isolation fluid 54 thus functions as a pressure transfer medium between the isolation diaphragm 24 exposed to the pressurized process fluid and the isolated pressure sensor 26. Completely identical dual isolation diaphragms 24 are respectively mounted on opposite sides of the pressure sensor 26 and communicate with the pressure sensor via the isolation fluid 54 to sense a difference in the pressure of the process fluids. Thus, if a pressure difference (P1-P2) exists between the process fluids, the isolation diaphragm 24 will deflect accordingly, which in turn will cause the isolation fluid 54 caused to act on the pressure sensor 26, which supplies a capacitive signal to the sensor circuit 18.

Die aktive Zone 56 (Fig. 2) des Isolationsdiaphragmas 24 umfaßt den auslenkbaren Abschnitt des Diaphragmas 24, der auf den Druck von dem Prozeßfluid reagiert. Da sich jedoch Isolationsfluids im allgemeinen ausdehnen, wenn der Geber erhöhten Betriebstemperaturen unterworfen wird, reagiert die aktive Zone 56 des Isolationsdiaphragmas ebenfalls durch Auslenkung, um sich dem vergrößerten Fluidvolumen anzupassen. Die vergrößerte Spannung im Isolationsdiaphragma, die einer derartigen temperaturinduzierten Auslenkung zugeordnet ist, kann Druckmeßfehler induzieren, die im allgemeinen proportional sind zur Änderung des Isolationsfluiddrucks dividiert durch die Volumenänderung aufgrund der Diaphragmabewegung (dp/dv). Da dp/dv eine strikte Funktion der gesamten effektiven Fläche der aktiven Zone 56 des Isolationsdiaphragmas ist, ist es wünschenswert, daß das Isolationsdiaphragma 24 in der aktiven Zone 56 eine so große effektive Fläche wie nur möglich aufweist, so daß diese eine ausreichende Größe und Fähigkeit besitzt, um sich den volumetrischen Änderungen in dem Isolationsfluid anzupassen und den Druckmeßfehler zu minimieren.The active zone 56 (Fig. 2) of the isolation diaphragm 24 comprises the deflectable portion of the diaphragm 24 that responds to the pressure from the process fluid. However, since isolation fluids generally expand when the sensor is subjected to elevated operating temperatures, the active zone 56 of the isolation diaphragm also responds by deflecting to accommodate the increased fluid volume. The increased stress in the isolation diaphragm associated with such temperature-induced deflection can induce pressure measurement errors that are generally proportional to the change in isolation fluid pressure divided by the volume change due to diaphragm movement (dp/dv). Since dp/dv is a strict function of the total effective area of the active zone 56 of the isolation diaphragm, it is desirable that the isolation diaphragm 24 have as large an effective area in the active zone 56 as possible so that it has sufficient size and capability to accommodate volumetric changes in the isolation fluid and minimize pressure measurement error.

Eine Druckdichtung, welche im allgemeinen mit Druckgebern verwendet werden muß, um ein unter Druck stehendes Prozeßfluid dichtend von einem Eingangsflansch auf einen Einlaßraum durch Bereitstellen einer ringförmigen Dichtung um ein Isolationsdiaphragma herum zu koppeln, hat bisher in unerwünschter Weise die Größe der effektiven Fläche der aktiven Zone des Isolationsdiaphragmas eingeschränkt. Derartige Druckdichtungen nach dem Stand der Technik weisen typischerweise O-Ringe aus elastischem Material auf und können auch reibungsarmes Teflon- aufweisen. Die effektive Fläche eines Isolationsdiaphragmas ist beispielsweise unerwünschterweise auf die Zone eingeschränkt, die durch die ringförmige Abdichtung umschrieben wird, die durch einen derartigen Druckabdichtring gebildet wird, wenn er innerhalb eines Einlaßraums angeordnet ist und durch Halteschrauben zwischen dem Isolationsdiaphragma und den Eingangsflansch zusammengepreßt wird.A pressure seal, which must generally be used with pressure transducers to sealingly couple a pressurized process fluid from an inlet flange to an inlet space by providing an annular seal around an isolation diaphragm, has heretofore undesirably limited the size of the effective area of the active zone of the isolation diaphragm. Such prior art pressure seals typically comprise O-rings of resilient material and may also comprise low-friction Teflon. The effective area of an isolation diaphragm, for example, is undesirably limited to the zone circumscribed by the annular seal formed by such a pressure seal ring when positioned within an inlet space and secured by retaining screws. is pressed together between the isolation diaphragm and the inlet flange.

Gemäß Darstellung in Fig. 1 wird jedoch ein Dichtungsstützelement 58 verwendet, um das vorstehende Problem zu überwinden. Das Dichtungsstützelement 58 weist ein ringförmige sich verjüngende Wand 58A auf, die innerhalb des Einlaßraums 28 angeordnet ist. Die sich verjüngende Wand 58A weist ferner einen Verbindungskantenabschnitt 58B und einen freien Kantenabschnitt 58C an seinen gegenüberliegenden Enden auf. Die sich verjüngende Wand 58A ist mit ihrem Verbindungskantenabschnitt 58B mit dem Isolationsdiaphragma 24 verbunden und verjüngt sich von dem Diaphragma 24 weg zu dem freien Kantenabschnitt 58C hin. Der freie Kantenabschnitt 58C erstreckt sich von der Seitenwand 30 des Einlaßraums nach innen und bildet eine zentrale kreisförmige Öffnung 60 für den Durchtritt des Prozeßfluids dadurch vom Eingangsflansch 34 aus, damit dieses auf das darunterliegende Isolationsdiaphragma 24 einwirkt. Der Verbindungsabschnitt 58B ist beispielsweise durch eine bei 46 dargestellte Laserschweißung mit der äußeren Begrenzung der aktiven Zone des darunterliegenden Isolationsdiaphragmas umlaufend verbunden und bildet somit dazwischen eine Umfangsdichtung für den Einschluß des Prozeßfluids.However, as shown in Fig. 1, a seal support member 58 is used to overcome the above problem. The seal support member 58 includes an annular tapered wall 58A disposed within the inlet space 28. The tapered wall 58A further includes a connecting edge portion 58B and a free edge portion 58C at its opposite ends. The tapered wall 58A is connected to the isolation diaphragm 24 at its connecting edge portion 58B and tapers away from the diaphragm 24 toward the free edge portion 58C. The free edge portion 58C extends inwardly from the side wall 30 of the inlet space and forms a central circular opening 60 for the passage of the process fluid therethrough from the inlet flange 34 to act on the underlying isolation diaphragm 24. The connecting portion 58B is connected circumferentially to the outer boundary of the active zone of the underlying isolation diaphragm, for example by a laser weld shown at 46, and thus forms a circumferential seal therebetween for the containment of the process fluid.

Das montierte Dichtungsstützelement 58 verkleinert somit nicht die effektive Fläche der aktiven Zone 56 des Isolationsdiaphragmas. Das Dichtungsstützelement 58 weist eine geeignete Größe auf und verjüngt sich so, daß ein bei 62 dargestellter konventioneller Druckdichtungsring gegen den angekoppelten Eingangsflansch 34 gedrückt wird, um eine ringförmige Abdichtung dazwischen zu bewirken. Das Dichtungsstützelement 58 überspannt das darunterliegende Isolationsdiaphragma 24 und erlaubt dem Prozeßfluid somit im wesentlichen auf die gesamte aktive Zone 56 einzuwirken. Damit ist die effektive Fläche des Diaphragmas 24 im wesentlichen gleich der gesamten aktiven Zone 56, da der Dichtring nicht in Kontakt mit der aktiven Zone 56 steht. Die vorliegende Isolationsvorrichtung 12 stellt somit eine verbesserte effektive Fläche der aktiven Zone 56 für ein Isolationsdiaphragma 24 bezogen auf eine gewählte Größe des Druckdichtungsringes 62 bereit, wodurch die dp/dv-bezogenen Druckmeßfehler beseitigt und im wesentlichen die Geberleistung verbessert wird.The assembled seal support member 58 thus does not reduce the effective area of the active zone 56 of the isolation diaphragm. The seal support member 58 is suitably sized and tapered so that a conventional compression seal ring shown at 62 is pressed against the coupled inlet flange 34 to create an annular seal therebetween. The seal support member 58 spans the underlying isolation diaphragm 24 and thus allows the process fluid to act on substantially the entire active zone 56. Thus, the effective area of the diaphragm 24 is substantially equal to the entire active zone 56 since the seal ring is not in contact with the active zone 56. The present isolation device 12 thus represents an improved effective area of the active zone 56 for an isolation diaphragm 24 relative to a selected size of the pressure seal ring 62, thereby eliminating the dp/dv related pressure measurement errors and substantially improving the sensor performance.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist in Fig. 2 dargestellt, bei der ein Isolationsdiaphragma 224 zu einer gewölbten Konstruktion der Art geformt ist, daß die Isolationskammer 48 mit einem Isolationsfluid 54 gefüllt werden kann, während das Isolationsdiaphragma 224 im wesentlichen in einem neutralen Zustand mit niedriger Spannung verbleibt. Dieses reduziert im wesentlichen die Steifigkeit des Isolationsdiaphragmas 224, wenn es aus seiner Neutrallage auslenkt, um sich sowohl dem Prozeßfluiddruck, als auch den temperaturinduzierten Volumenänderungen des Isolationsfluids anzupassen. Ferner wurde eine Basiswand 242 des Einlaßraums 28 modifiziert, um einen relativ flachen Boden zu bilden, womit Kosten in Verbindung mit der Bearbeitung einer gewellten Oberfläche vermieden werden können. Falls gewünscht kann die Basiswand konkav, wie es durch gestrichelte Linien bei 242A dargestellt ist, konkav ausgeführt werden.Another preferred embodiment is shown in Fig. 2, in which an isolation diaphragm 224 is formed into a domed structure such that the isolation chamber 48 can be filled with an isolation fluid 54 while the isolation diaphragm 224 remains in a substantially neutral, low-voltage state. This substantially reduces the stiffness of the isolation diaphragm 224 as it deflects from its neutral position to accommodate both process fluid pressure and temperature-induced volume changes of the isolation fluid. Furthermore, a base wall 242 of the inlet plenum 28 has been modified to form a relatively flat floor, thus avoiding costs associated with machining a corrugated surface. If desired, the base wall may be made concave, as shown by dashed lines at 242A.

Ein weitere bevorzugte Ausführungsform ist in Fig. 3 dargestellt, bei der ein Dichtungsstützelement 58 und ein Isolationsdiaphragma 24 vormontiert sind und ein Einlaßraum 328 so modifiziert ist, daß er eine sich verjüngende Seitenwand 330 aufweist, die sich von der Gehäuseoberfläche 33 in der Weise nach innen erstreckt, daß der im allgemeinen runde Einlaßraum 328 einen stufenweise bzw. allmählich abnehmenden Durchmesser aufweist. Wie es mit gestrichelten Linien bei 58D dargestellt ist, ist das Dichtungsstützelement so aufgebaut, daß sein Außendurchmesser ungefähr dem größten Innendurchmesser des Einlaßraums 328 gleich ist. Das Isolationsdiaphragma 24 und das Dichtungsstützelement 58 sind vormontiert, um vor dem Einsetzen in den Einlaßraum 328 eine Isolationsanordnung 359 zu bilden, indem die Umfangskante des Isolationsdiaphragma 24 mit dem Verbindungskantenabschnitt 58B des Dichtungsstützelements mittels einer geeigneten, bei 346 dargestellten, Schweißung verbunden wird. Der äußere Durchmesser des Dichtungsstützelements 58 wird während des Einsetzens in den Einlaßraum 328 reduziert. Die sich verjüngende Seitenwand 330 drückt auf dieses Weise die eingesetzte Isolationsanordnung 359 radial zusammen, wodurch eine Entspannung bzw. Erschlaffung der aktiven Zone des Isolationsdiaphragma bewirkt wird. Das Dichtungsstützelement 58 und das Isolationsdiaphragma 24 können ferner mit dem äußeren Umfang der Basiswand 42 mittels einer ausgedehnten Schweißung 346 für den Einschluß des Isolationsfluids verbunden werden. Da die Isolationskammer 48 gefüllt werden kann, während das Isolationsdiaphragma 24 im wesentlichen in einem neutralen Zustand mit niedriger Spannung verbleibt, können dp/dv-induzierte Fehler in ähnlicher Weise reduziert und die Geberleistung erhöht werden.Another preferred embodiment is shown in Fig. 3 in which a seal support member 58 and an isolation diaphragm 24 are pre-assembled and an inlet space 328 is modified to have a tapered side wall 330 extending inwardly from the housing surface 33 such that the generally circular inlet space 328 has a gradually decreasing diameter. As shown in dashed lines at 58D, the seal support member is constructed so that its outside diameter is approximately equal to the largest inside diameter of the inlet space 328. The isolation diaphragm 24 and the seal support member 58 are pre-assembled to form an isolation assembly 359 prior to insertion into the inlet space 328 by mating the peripheral edge of the isolation diaphragm 24 with the connecting edge portion 58B of the seal support member by means of a suitable weld shown at 346. The outer diameter of the seal support member 58 is reduced during insertion into the inlet cavity 328. The tapered side wall 330 thus radially compresses the inserted insulation assembly 359, causing relaxation of the active zone of the isolation diaphragm. The seal support member 58 and the isolation diaphragm 24 may further be connected to the outer periphery of the base wall 42 by means of an extended weld 346 for confinement of the isolation fluid. Since the isolation chamber 48 can be filled while the isolation diaphragm 24 remains in a substantially neutral, low voltage state, dp/dv induced errors can similarly be reduced and sensor performance increased.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist in Fig. 4 dargestellt, bei der das Dichtungsstützelement 458 modifiziert ist, um für die Seitenwand 30 des Einlaßraums einen Schutz vor korrosiver Beschädigung zu bieten, welche sich aus einem unerwünschten Kontakt mit dem Prozeßfluid ergeben könnte. Das Dichtungsstützelement 458 umfaßt einen ringförmigen sich verjüngenden Wandabschnitt 458A ähnlich dem, der bei 58A in Fig. 1 dargestellt ist, der aber ebenfalls in einem Stück mit einem ringförmigen zylindrischen Verbindungswandabschnitt 458B, der weiter in einem Stück mit einem ringförmigen Lippenabschnitt 458C ausgeführt ist, der auf der Gehäuseoberfläche 33 ruht, um das Dichtungsstützelement 458 innerhalb des Einlaßraums 28 zu unterstützen. Das Isolationsdiaphragma 24 ist längs seiner Umfangskante mittels einer geeigneten Schweißung 446 mit dem Dichtungsstützelement 458 verbunden. Der Lippenabschnitt 458C ist über eine Schweißung 447 mit der Gehäuseoberfläche 33 verbunden, um eine Fluiddruckdichtung zu gewährleisten. Da sowohl das Dichtungselement 458 als auch das Isolationsdiaphragma 24 und die Verbindungsschweißnaht 446 bevorzugt aus korrosionsbeständigem Material, wie beispielsweise Hastelloy C, Elgiloy oder ähnlichen Materialien, bestehen, kann das Geber/ Wandler-Gehäusematerial, welches den bearbeiteten Einlaßraum 28 bildet, aus weniger korrosionsbeständigen Materialien gefertigt werden. Wie z. B. aus rostfreiem Stahl, Typ 316. Die vorstehenden Modifikationen verbessern in ähnlicher Weise die aktive Zone 56 des Isolationsdiaphragmas, wodurch die dp/dvinduzierten Meßfehler reduziert werden, und sie können auch die Kosten für die Gebermaterialien senken.Another preferred embodiment is shown in Fig. 4 in which the seal support member 458 is modified to provide protection to the inlet plenum side wall 30 from corrosive damage which might result from undesirable contact with the process fluid. The seal support member 458 comprises an annular tapered wall portion 458A similar to that shown at 58A in Fig. 1, but which is also integral with an annular cylindrical connecting wall portion 458B which is further integral with an annular lip portion 458C which rests on the housing surface 33 to support the seal support member 458 within the inlet plenum 28. The isolation diaphragm 24 is connected to the seal support member 458 along its peripheral edge by means of a suitable weld 446. The lip portion 458C is connected to the housing surface 33 via a weld 447 to ensure a fluid pressure seal. Since both the sealing element 458 and the isolation diaphragm 24 and the connecting weld 446 are preferably made of corrosion-resistant material, such as Hastelloy C, Elgiloy or similar materials, the sensor/transducer housing material which forms the machined inlet cavity 28 may be made of less corrosion resistant materials, such as stainless steel, type 316. The foregoing modifications similarly improve the active zone 56 of the isolation diaphragm, thereby reducing the dp/dv induced measurement errors, and may also reduce the cost of the sensor materials.

Ein weitere bevorzugte Ausführungsform ist in Fig 5 dargestellt, bei der ein Dichtungsstützelement 558 modifiziert ist, um Schutz für ein Isolationsdiaphragma 24 vor Beschädigung zu bieten, die sich aus der Handhabung eines Gebers 10 ergeben kann, wenn er von dem Eingangsflansch 34 abgetrennt ist. Diese Ausführungsform umfaßt eine Schweißhülse 555, welche über der Umfangskante des Isolationsdiaphragmas 24 liegt und sich von der Einlaßraumseitenwand 30 bevorzugt nicht weiter als über die Breite der ringförmigen Schulter 44 unterhalb des Diaphragmas 24 erstreckt. Eine umlaufende Umfangsschweißung 546 verbindet sowohl die Schweißhülse 555 als auch das Isolationsdiaphragma 24 mit der ringförmigen Schulter 44. Das Dichtungsstützelement 558 umfaßt einen horizontalen Flanschabschnitt 558A längs des Außenumfang des Elements, der in einem Stück mit einem horizontalen zentralen Plattenabschnitt 558C ausgeführt ist, die von dem Flanschabschnitt 558A abgesetzt und in einem Stück damit über einen ringförmigen aufrecht stehenden Verbindungswandabschnitt 558B verbunden ist. Wenn er vollständig in den Einlaßraum 28 eingesteckt ist, liegt der Flanschabschnitt 558A auf der Schweißhülse 555 in der Weise auf, daß das Dichtungsstützelement 558 darüberliegt und von der aktiven Zone 56 des Isolationsdiaphragmas ferngehalten wird. Der zentrale Plattenabschnitt 558C ist mit einer Vielzahl von Öffnungen 559 versehen, welche einen Durchtritt des unter Druck stehenden Prozeßfluid ermöglichen, damit dieses auf das darunterliegende Isolationsdiaphragma 24 einwirkt.Another preferred embodiment is shown in Figure 5, in which a seal support member 558 is modified to provide protection for an isolation diaphragm 24 from damage that may result from handling a sensor 10 when it is separated from the input flange 34. This embodiment includes a weld sleeve 555 which overlies the peripheral edge of the isolation diaphragm 24 and extends from the inlet plenum sidewall 30 preferably no further than the width of the annular shoulder 44 below the diaphragm 24. A circumferential weld 546 connects both the weld sleeve 555 and the isolation diaphragm 24 to the annular shoulder 44. The seal support member 558 includes a horizontal flange portion 558A along the outer circumference of the member which is integral with a horizontal central plate portion 558C which is offset from the flange portion 558A and integrally connected thereto by an annular upstanding connecting wall portion 558B. When fully inserted into the inlet space 28, the flange portion 558A rests on the weld sleeve 555 such that the seal support member 558 overlies it and is kept away from the active zone 56 of the isolation diaphragm. The central plate portion 558C is provided with a plurality of openings 559 which allow the passage of the pressurized process fluid so that it acts on the underlying isolation diaphragm 24.

Der Flanschabschnitt 558A und der Verbindungswandabschnitt 558B sind so ausgeführt, daß sie mit der Seitenwand 30 des Einlaßraums zusammenwirken, um einen Kanal 564 für die Aufnahme eines konventionellen Druckdichtrings 62 zu bilden. Das Dichtungsstützelement 558 ist nicht mit dem Gehäuse 32 verschweißt und der Druckdichtungsring 62 ist geeignet dimensioniert, daß er innerhalb des Kanals 564 so zusammengedrückt wird, daß das Dichtungsstützelement 558 leicht entfernt werden kann, um einen Ablauf der Prozeßfluid zu ermöglichen und eine Inspektion, Reinigung oder Wartung des Isolationsdiaphragmas 24 zu erlauben. Diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbessert in ähnlicher Weise die aktive Zone 56 des Isolationsdiaphragmas, wodurch die dp/dvinduzierten Meßfehler reduziert und die Leistung des Gebers verbessert werden.The flange portion 558A and the connecting wall portion 558B are designed to be connected to the side wall 30 of the inlet plenum to form a channel 564 for receiving a conventional pressure seal ring 62. The seal support member 558 is not welded to the housing 32 and the pressure seal ring 62 is sized to be compressed within the channel 564 such that the seal support member 558 can be easily removed to allow drainage of the process fluid and to permit inspection, cleaning or maintenance of the isolation diaphragm 24. This embodiment of the present invention similarly improves the active zone 56 of the isolation diaphragm, thereby reducing the dp/dv induced measurement errors and improving the performance of the transmitter.

In einer weiteren, in Fig. 6 und 7 dargestellten bevorzugten Ausführungsform, ist ein Differenzdruckgeber in Teilansicht bei 610 dargestellt, der mittels eines Fluids mit einem Prozeßfluid gekoppelt ist, das über ein Paar Impulsleitungszweige 612 unter Verwendung eines Paares von Flansch/ Adapter-Verbindungsstücken 614 nach Industriestandard, einer Adapterplatte 616 und einer Dichtungshalteplatte 618 geliefert wird. Die Zeichnung in Fig. 6 ist eine Schnittansicht längs der Linie 6-6 in Fig. 7. Die Zeichnung in Fig. 7 ist eine Schnittansicht längs der Linie 7-7 in Fig. 6.In another preferred embodiment shown in Figs. 6 and 7, a differential pressure transmitter is shown in partial view at 610 fluidly coupled to a process fluid supplied via a pair of impulse line branches 612 using a pair of industry standard flange/adapter connectors 614, an adapter plate 616, and a seal retaining plate 618. The drawing in Fig. 6 is a sectional view taken along line 6-6 in Fig. 7. The drawing in Fig. 7 is a sectional view taken along line 7-7 in Fig. 6.

Die Zweifach-Isolationsdiaphragma-Anordnung und verschiedene in Fig. 6 und 7 dargestellte Koppelelemente (wie z. B. die Impulsleitungszweige 612, die Flansch/Adapter- Verbindungsstücke 614, die Adapterplatte 616 und die Dichtungshalteplatte 618) sind im wesentlichen in der Konstruktion identisch und weisen Merkmale oder Details auf, welche auf den rechten und linken Seiten der Fig. 6 und 7 dupliziert sind. Es ist deshalb verständlich, daß nachstehend zur Vereinfachung getrennt Bezug auf derartige Merkmale auf beiden Seite genommen wird. Der Differenzdruckgeber 610 ist mit einem Paar im wesentlichen runder koplanarer Isolationsdiaphragmen 620, die eng benachbart in zylindrischen in einer Koppelfläche 624 eines Gehäuses 626 des Gebers 610 ausgebildeten Einlaßräumen 622 angeordnet sind, versehen.The dual isolation diaphragm assembly and various coupling elements shown in Figures 6 and 7 (such as the impulse line branches 612, the flange/adapter connectors 614, the adapter plate 616 and the seal retaining plate 618) are substantially identical in construction and have features or details duplicated on the right and left sides of Figures 6 and 7. It will therefore be understood that such features on each side will be referred to separately hereinafter for simplicity. The differential pressure transmitter 610 is provided with a pair of substantially circular coplanar isolation diaphragms 620 disposed closely adjacent in cylindrical inlet spaces 622 formed in a coupling surface 624 of a housing 626 of the transmitter 610.

Jedes Isolationsdiaphragma ist beispielsweise durch eine umlaufende Schweißnaht 628 dichtend mit einer ringförmigen Schulter 630 verbunden, die in dem zylindrischen Einlaßraum 622 ausgebildet ist, welcher eine geschlossene Isolationskammer 632 bildet, die mit einem im wesentlichen inkompressiblen Fluid 634 gefüllt ist, wie z. B. Silikonöl. Eine aktive Zone 636 des Isolationsdiaphragmas 620, welche von der Schweißnaht 628 umgeben ist, umfaßt den auslenkbaren auf den Druck des Prozeßfluids reagierenden Abschnitt des Diaphragmas. Jede Isolationskammer 632 öffnet sich zu einem Verbindungsweg 638, welcher ebenfalls mit dem Isolationsfluid 634 gefüllt ist und die Verbindung zu einem (nicht dargestellten) geeigneten Drucksensor herstellt, der in dem Geber 610 angeordnet ist. Der Drucksensor erfaßt den Druck des Isolationsfluids 634, welcher den auf die zwei Isolationsdiaphragmen 620 ausgeübten Prozeßfluiddrücken (P1 und P2) entspricht, und liefert ein für den erfaßten Druck repräsentatives Signal an eine geeignete Schaltung, welche ferner ein Signal ausgibt, das für einen derartigen erfaßten Differenzdruck repräsentativ ist.Each isolation diaphragm is sealingly connected, for example by a circumferential weld 628, to an annular shoulder 630 formed in the cylindrical inlet space 622 which forms a closed isolation chamber 632 filled with a substantially incompressible fluid 634, such as silicone oil. An active zone 636 of the isolation diaphragm 620 surrounded by the weld 628 comprises the deflectable portion of the diaphragm responsive to the pressure of the process fluid. Each isolation chamber 632 opens to a communication path 638 which is also filled with the isolation fluid 634 and connects to a suitable pressure sensor (not shown) disposed in the transmitter 610. The pressure sensor senses the pressure of the isolation fluid 634, which corresponds to the process fluid pressures (P1 and P2) exerted on the two isolation diaphragms 620, and provides a signal representative of the sensed pressure to an appropriate circuit which further outputs a signal representative of such sensed differential pressure.

Die Adapterplatte 616 und Dichtungshalteplatte 618 sind zwischen den Flansch/Adapter-Verbindungsstücken 614 und dem Gebergehäuse 626 angeordnet. Die Adapterplatte 616 und die Dichtungshalteplatte 618 sind so konfiguriert, daß koplanare Isolationsdiaphragmen 620 mit aktiven Zonen 636 eingesetzt werden können, wobei die Diaphragmen 620 noch innerhalb einer vorgegebenen rechtwinkligen Fläche angeordnet bleiben können. Wenn Prozeßleitungen an einen Differenzdrucksensor angekoppelt werden, kann diese vorgegebene Fläche ein rechteckiges Muster für die Schraubenanordnung nach Industriestandard aufweisen, wie es bei D1 und D2 in Fig. 7 dargestellt ist, innerhalb dem die Einlaßräume 622 und die Isolationsdiaphragmen 620 eingeschlossen sind.The adapter plate 616 and seal retainer plate 618 are located between the flange/adapter connectors 614 and the sensor housing 626. The adapter plate 616 and seal retainer plate 618 are configured to accommodate coplanar isolation diaphragms 620 with active zones 636 while still allowing the diaphragms 620 to be located within a given rectangular area. When process lines are coupled to a differential pressure sensor, this given area may include an industry standard rectangular pattern for bolt placement as shown at D1 and D2 in Figure 7, within which the inlet spaces 622 and the isolation diaphragms 620 are enclosed.

Ein Flansch/Adapter-Verbindungsstück 614 nach Industriestandard wird dazu verwendet, das Prozeßfluid von dem Impulsleitungszweig 612 durch eine zentrale Gewindeöffnung 640, die in dem Flansch/Adapter-Verbindungsstück angeordnet ist, auf einen benachbarten Fluidverbindungsweg 642 zu koppeln, der in einer äußeren Koppelfläche 644 der Adapterplatte 616 angeordnet ist. Ein geeignetes Gewindeende 646 des Impulsleitungszweigs 612 ist in die zentrale Gewindeöffnung 640 des Flansch/Adapter-Verbindungsstücks eingeschraubt. Das Flansch/Adapter-Verbindungsstück 614 ist im allgemeinen so ausgeführt, wie es durch gestrichelte Linien auf der rechten Seite von Fig. 7 dargestellt ist. Jedes Flansch/Adapter-Verbindungsstück 614 wird auf der Adapterplatte 616 durch zwei Schraubbolzen oder Kopfschrauben 648 gehalten, welche durch glatte Bohrungen 650 verlaufen, die an gegenüberliegenden Seiten der zentralen Gewindebohrung 640 angeordnet sind, und die Kopfschrauben 648 werden beispielsweise durch Einschrauben in geeignete in dem Gehäuse ausgebildete Gewindebohrungen 652 mit dem Gebergehäuse 626 verbunden. Der Abstand D1 zwischen den Bohrungen der Flansch/ Adapter-Verbindungsstücke 650 ist ein Industriestandardmuster mit 1 5/8'' (oder 41,3 mm) Abstand zwischen den Schraubenmittellinien. Jedes Flansch/Adapter-Verbindungsstück 614 trägt auch eine geeignete Standard-Druckdichtung 654, wie z. B. einen aus einem elastischen Material bestehenden O-Ring, welcher zwischen dem Flansch/Adapter-Verbindungsstück 614 und der äußeren Koppelfläche 644 der Adapterplatte 616 in einer ringförmigen Nut 656, die in einer Koppelfläche 658 des Flansch/Adapter-Verbindungsstücks 614 ausgebildet ist, zusammengepreßt wird, wenn diese durch die Kopfschrauben 648 zusammengeklemmt werden. Die Dichtung 654 stellt somit eine im wesentlichen fluiddichte ringförmige Druckdichtung um die zentralen Gewindeöffnungen 640 der gekoppelten Flansch/ Adapter-Verbindungsstücke und den Verbindungsweg 642 der Adapterplatte dar.An industry standard flange/adapter connector 614 is used to direct the process fluid from the impulse line branch 612 through a central threaded opening 640 located in the flange/adapter connector is to couple to an adjacent fluid communication path 642 disposed in an outer coupling surface 644 of the adapter plate 616. A suitable threaded end 646 of the impulse line branch 612 is threaded into the central threaded opening 640 of the flange/adapter connector. The flange/adapter connector 614 is generally constructed as shown by dashed lines on the right side of Fig. 7. Each flange/adapter connector 614 is held on the adapter plate 616 by two bolts or cap screws 648 which pass through smooth bores 650 disposed on opposite sides of the central threaded bore 640, and the cap screws 648 are connected to the encoder housing 626, for example by screwing into suitable threaded bores 652 formed in the housing. The distance D1 between the holes of the flange/adapter connectors 650 is an industry standard pattern of 1 5/8" (or 41.3 mm) spacing between the bolt centerlines. Each flange/adapter connector 614 also carries a suitable standard compression seal 654, such as an O-ring made of a resilient material, which is compressed between the flange/adapter connector 614 and the outer coupling surface 644 of the adapter plate 616 in an annular groove 656 formed in a coupling surface 658 of the flange/adapter connector 614 when they are clamped together by the cap screws 648. The seal 654 thus provides a substantially fluid-tight annular compression seal about the central threaded openings 640 of the coupled flange/adapter connectors and the adapter plate communication path 642.

Die Adapterplatte 616, welche zwischen den Flansch/ Adapter-Verbindungsstücken 614 und der Dichtungshalteplatte 618 angeordnet ist, wird dazu verwendet einen geeigneten seitlichen Abstand D2 zwischen den Flansch/Adapter- Verbindungsstücken 614 sicherzustellen und zu ermöglichen, daß die eng beabstandeten koplanaren Isolationsdiaphragmen 620 so große aktive Zonen 636, wie nur möglich aufweisen. Die Adapterplatte 616 ist relativ dünn und weist eine flache äußere Koppelfläche 644, gegen die die Flansch/Adapter- Verbindungsstücke 614 gekoppelt werden, und eine flache innere Koppelfläche 660 auf, gegen die die Dichtungshalteplatte 618 gekoppelt wird. Die Adapterplatte ist mit vier glatten Bohrungen 662 versehen, welche gemäß einem rechteckigen Industriestandard-Abstandsmuster mit 1 5/8'' (41,3 mm) (D1) und 2 1/8'' (54 mm) (D2) Abstand zwischen den Schraubenmittellinien beabstandet sind. Der Abstand mit 1 5/8'' (oder 41,3 mm) (D1) ist typisch für den Schraubenabstand eines Standard-Flansch/Adapter-Verbindungsstücks. Der Abstand von 2 1/8'' (oder 54 mm) (D2) ist kompatibel mit einem Industriestandard, dem ANSI Standard B 16.36 "Steel Orifice Flange Standard" (oder DIN Standard 19 213, April, 1980), der für eine herkömmliche Verbindung eines Differenzdruckgebers mit einer Leitung erforderlich ist, die mit einer Standardöffnung-Flansch/Platten-Anordnung ausgerüstet ist, an die eine Prozeßleitungen des in Fig. 6 und 7 dargestellten Typs angeschlossen ist. Der seitliche Abstand D2 erlaubt es auch den Flansch/Adapter-Verbindungsstücken 614 sich hintereinander um ihre Mittelpunkte zu drehen, wenn sie auf die Seite an Seite liegenden Impulsrohrzweige 612 geschraubt werden.The adapter plate 616, which is arranged between the flange/adapter connectors 614 and the seal retaining plate 618, is used to ensure a suitable lateral distance D2 between the flange/adapter connectors 614 and to enable the closely spaced coplanar isolation diaphragms 620 have as large active zones 636 as possible. The adapter plate 616 is relatively thin and has a flat outer coupling surface 644 against which the flange/adapter connectors 614 are coupled and a flat inner coupling surface 660 against which the seal retaining plate 618 is coupled. The adapter plate is provided with four smooth holes 662 which are spaced according to an industry standard rectangular spacing pattern with 1 5/8'' (41.3 mm) (D1) and 2 1/8'' (54 mm) (D2) spacing between the bolt centerlines. The 1 5/8'' (or 41.3 mm) (D1) spacing is typical of the bolt spacing of a standard flange/adapter connector. The 2 1/8'' (or 54 mm) spacing (D2) is compatible with an industry standard, ANSI Standard B 16.36 "Steel Orifice Flange Standard" (or DIN Standard 19 213, April, 1980), required for a conventional connection of a differential pressure transmitter to a line equipped with a standard orifice flange/plate arrangement to which process piping of the type shown in Figs. 6 and 7 is connected. The lateral spacing D2 also allows the flange/adapter connectors 614 to rotate in series about their centers when they are threaded onto the side-by-side impulse tube branches 612.

Der Verbindungsweg 642 der Adapterplatte erstreckt sich von der äußeren Koppelfläche 644 zur inneren Koppelfläche 660 durch. Der Abstand zwischen den Verbindungswegen 642 ist so gewählt, daß die Mittelpunkte der Verbindungswege 642 sowohl leicht zu den Mittelpunkten der zentralen Gewindeöffnungen 640 der Flansch/Adapter-Verbindungsstücke, als auch leicht zu den Mittelpunkten der Einlaßräume 622 und Isolationsdiaphragmen 620 versetzt angeordnet sind. Dieser Abstand der Verbindungswege 642 erlaubt das Ankoppeln von Flansch/ Adapter-Verbindungsstücken 614 mit einem Abstand nach Industriestandard an einen Differenzdruckgeber 610, welcher mit koplanaren Isolationsdiaphragmen 620 ausgestattet ist, die eng benachbart angeordnet sind und dabei so große aktive Zonen 636 wie nur möglich aufweisen.The adapter plate connection path 642 extends from the outer coupling surface 644 to the inner coupling surface 660. The spacing between the connection paths 642 is selected such that the centers of the connection paths 642 are slightly offset from both the centers of the central threaded openings 640 of the flange/adapter connectors and slightly offset from the centers of the inlet spaces 622 and isolation diaphragms 620. This spacing of the connection paths 642 allows coupling of flange/adapter connectors 614 at an industry standard spacing to a differential pressure transmitter 610 equipped with coplanar isolation diaphragms 620 that are arranged closely adjacent to each other while having as large active zones 636 as possible.

Die Dichtungshalteplatte 618, welche zwischen der Adapterplatte 616 und dem Gebergehäuse 626 angeordnet ist, wird zum Halten von geeigneten Druckdichtungen 664 verwendet, welche in ringförmigen in der inneren Koppelfläche 660 der Adapterplatte ausgebildeten Nuten 666 gehalten werden und eine im wesentlichen fluiddichte ringförmige Druckdichtung, bilden, wenn sie dazwischen zusammengepreßt werden. Die Dichtungshalteplatte 618 ist relativ dünn und mit vier glatten Bohrungen versehen, welche ebenfalls im Industriestandard (D1, D2) beabstandet sind und im wesentlichen zu den Bohrungen 650 der Flansch/Adapter-Verbindungsstücke 662, den Adapterplattenbohrungen 662 und den Gebergehäusebohrungen 652 in der Weise ausgerichtet sind, daß Kopfschrauben 648 durch sie hindurchtreten, um die gesamte Anordnung auf dem Geber 610 zu halten und die erforderliche Kompression für die Dichtwirkung der Druckdichtungen 654 und 664 zu erzeugen. Ein Paar Fluidöffnungen 670 sind ebenfalls in der Dichtungshalteplatte 618 vorgesehen und so angeordnet, daß sie korrekt zu den Verbindungswegen 642 der Adapterplatte und den Einlaßräumen 622 ausgerichtet sind, um einen Durchtritt des Prozeßfluids durch diese zu ermöglichen. Jede Öffnung 670 ist vorzugsweise groß genug, um eine ausreichend Fläche des darunterliegenden Isolationsdiaphragmas 620 freizulegen, um gegebenenfalls eine Inspektion oder Reinigung zu erlauben.The seal retaining plate 618, which is disposed between the adapter plate 616 and the encoder housing 626, is used to hold suitable pressure seals 664, which are held in annular grooves 666 formed in the inner coupling surface 660 of the adapter plate and, when compressed therebetween, form a substantially fluid-tight annular pressure seal. The seal retaining plate 618 is relatively thin and is provided with four smooth holes which are also spaced at industry standard (D1, D2) and are substantially aligned with the flange/adapter connector holes 650, the adapter plate holes 662 and the sensor housing holes 652 such that cap screws 648 pass through them to hold the entire assembly on the sensor 610 and to create the necessary compression for the sealing action of the pressure seals 654 and 664. A pair of fluid ports 670 are also provided in the seal retaining plate 618 and are arranged to be properly aligned with the adapter plate communication paths 642 and the inlet spaces 622 to allow passage of the process fluid therethrough. Each opening 670 is preferably large enough to expose a sufficient area of the underlying isolation diaphragm 620 to allow inspection or cleaning if necessary.

Die Dichtungshalteplatte 618 sollte sich jedoch über jeden Einlaßraum 622 und jedes Diaphragma 620 in einem ausreichendem Abstand erstrecken, um eine angemessene Unterstützung für jede ringförmige Dichtung 664 der Adapterplatte sicherzustellen. Die Dichtungshalteplatte 618 ist beispielsweise durch ringförmige Schweißnähte 672, die benachbart zum Außenumfang der Einlaßräume 622 angeordnet sind, dichtend mit der Koppelfläche 624 des Gebergehäuses verbunden und bildet somit eine ringförmige Abdichtung für den Einschluß des Prozeßfluids.However, the seal retaining plate 618 should extend beyond each inlet space 622 and diaphragm 620 a sufficient distance to ensure adequate support for each adapter plate annular seal 664. The seal retaining plate 618 is sealingly connected to the coupling surface 624 of the transmitter housing, for example by annular welds 672 arranged adjacent to the outer periphery of the inlet spaces 622, thus forming an annular seal for the containment of the process fluid.

In dieser Ausführungsform der Erfindung sind koplanare Isolationsdiaphragmen 620 innerhalb eines vorgegebenen Abschnitts eingeschlossen. Wobei gleichzeitig Diaphragmen 620 bereitgestellt werden, welche verbesserte effektive Flächen der aktiven Zonen 636 aufweisen. Die von der Adapterplatte 616 gehaltenen Druckdichtungen 664 werden über den aktiven Zonen 636 der Diaphragmen 620 außerhalb des Einlaßraums 622 unterstützt. Die Dichtungshalteplatte 618 überspannt teilweise jedes Isolationsdiaphragma 620 und erlaubt dem Prozeßfluid somit im wesentlichen auf die gesamte aktive Zone 636 einzuwirken. Die effektive Fläche des Isolationsdiaphragmas ist somit im wesentlichen gleich seiner aktiven Zone 636. Es ist jedoch selbstverständlich, daß die Einsatzmöglichkeit die vorstehenden Erfindung nicht auf die mehrfachen, koplanaren Isolationsdiaphragma-Anordnungen beschränkt ist. Ein einzelnes Isolationsdiaphragma könnte beispielsweise an ein Flansch/Adapter-Verbindungsstück ohne Verwendung einer Adapterplatte angekoppelt werden, indem eine Dichtungshalteplatte für eine direkte Unterstützung einer darüberliegenden Druckdichtung eines Flansch/Adapter-Verbindungsstückes modifiziert würde. Die vorstehende Isolationsvorrichtung verbessert die effektive Fläche eines Isolationsdiaphragmas, was die dp/dv-bezogenen Druckmeßfehler verringert.In this embodiment of the invention, coplanar isolation diaphragms 620 are enclosed within a predetermined section. At the same time, diaphragms 620 be provided which have improved effective areas of the active zones 636. The pressure seals 664 held by the adapter plate 616 are supported over the active zones 636 of the diaphragms 620 outside the inlet space 622. The seal retaining plate 618 partially spans each isolation diaphragm 620 and thus allows the process fluid to act on substantially the entire active zone 636. The effective area of the isolation diaphragm is thus substantially equal to its active zone 636. It is to be understood, however, that the applicability of the foregoing invention is not limited to the multiple, coplanar isolation diaphragm arrangements. For example, a single isolation diaphragm could be coupled to a flange/adapter connector without the use of an adapter plate by modifying a seal retaining plate to directly support an overlying pressure seal of a flange/adapter connector. The above isolation device improves the effective area of an isolation diaphragm, which reduces the dp/dv related pressure measurement errors.

Jede der vorstehenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verbessert somit die effektive Fläche der aktiven Zone eines Isolationsdiaphragmas bezogen auf die gewählte Größe eines Dichtungsrings, wodurch im wesentlichen die Geberleistung verbessert wird. Die vorliegende Erfindung kann auch die Kosten der Gebermaterialien senken und erlaubt die Verwendung von Druckgebern mit Isolationsdiaphragmen mit kleineren Durchmessern und entsprechend reduzierten Größen der Gebergehäuse, ohne Kompromisse bezüglich der Leistung einzugehen.Each of the foregoing embodiments of the present invention thus improves the effective area of the active zone of an isolation diaphragm relative to the selected size of a sealing ring, thereby substantially improving sensor performance. The present invention can also reduce the cost of sensor materials and allows the use of pressure sensors with smaller diameter isolation diaphragms and correspondingly reduced sensor housing sizes without compromising performance.

Da nun die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, können Fachleute auf diesem Gebiet erkennen, daß Änderungen in der Form und in Details vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen.Having now described the present invention with reference to the preferred embodiments, those skilled in the art will recognize that changes may be made in form and details without departing from the scope of the invention.

Claims

1. Device (12) for isolatingly coupling a pressure from a fluid in an input element (34) to a pressure sensor (10A) which provides an output signal as a function of the pressure, wherein an inlet space (28) for receiving the fluid from the input element (34) is arranged in the device (12), an insulation device (24) is arranged in the inlet space (28) and has an active zone (56) which is delimited by an outer boundary in order to couple the pressure from the fluid in an isolating manner to the pressure sensor (10A), a sealing device (62) is arranged in the inlet space (28) around the insulation device (24) in order to seal the inlet space (28), the sealing device (62) has an inlet surface which directs the fluid from the input element (34) to the insulation device (24) and has a holding device (58) which is arranged to support the sealing device (62) in the inlet space (28), characterized in that the holding device (58) is configured so that it spans at least a portion of the insulation device (24) which is adjacent to the outer boundary and keeps at least a portion of the sealing device (62) away from the active zone (56) in such a way that an effective area of the active zone (56) is larger than the inlet area of the sealing device (62).

2. Device according to claim 1, further characterized in that the isolation device (24) further comprises a deflectable diaphragm (24) containing the active zone (56).

3. The device of claim 2, further characterized in that the isolation device (24) further comprises a substantially incompressible fluid (54) that couples the pressure from the diaphragm to the sensor (10A).

4. The device of claim 3, further characterized in that the effective area of the active zone (56) of the diaphragm (24) provides accommodation for volumetric changes of the incompressible fluid (54).

5. Device according to claim 4, further characterized in that the sealing device (62) further comprises an elastic seal (62).

6. Device according to claim 5, further characterized in that the holding device (58) further comprises a seal support element (58) spanning the active zone (56) of the diaphragm (24) and arranged at a selected distance therefrom to support the resilient seal (62) between the seal support element (58) and the input element (34), the seal support element (58) having a central opening (60) for the passage of the pressurized fluid.

7. Device according to claim 6, further characterized in that the seal support element (58) is removably mounted in the inlet space (28).

8. The device of claim 6, further characterized in that the seal support member (58) further comprises a tapered wall (58A) disposed over the outer boundary of the active zone (56) and extending inwardly therefrom and tapering away from the active zone (56) over a selected distance such that the seal member (62) overlies and is kept away from the active zone (56).

9. The device of claim 6, further characterized in that the seal support member (58) overlies and extends substantially over the active zone (56), the seal support member (58) having at least one access that couples the pressurized fluid (54) therethrough from the channel (40) to the active zone (56) such that the active zone (56) is provided with protection against damage.

10. Device according to claim 2, further characterized in that the diaphragm (24) is designed to have a curved shape.

11. The device of claim 6, further characterized in that the inlet space (28) includes a recess in an outer surface of the device, the recess includes an annular tapered side wall (30) extending inwardly from the outer surface and tapering to a decreasing diameter in the inward direction, and wherein the outer boundary of the isolation diaphragm (24) is sealingly connected to the seal support member (58) defining the inlet space (28) with an inlet surface to encompass an insulator assembly (12), the insulator assembly (12) being compressed in the tapered side wall (30) such that the active zone (56) is larger than the inlet surface.

12. An arrangement for isolatingly coupling a pressure from a fluid in a first and second input element (614) to a pressure sensor, the pressure sensor providing an output signal as a function of the pressure in the first and second input elements (614), the arrangement comprising a pair of the devices of claim 6, and wherein the inlet spaces (622) of the pair of devices are arranged in substantially coplanar relationship.

13. An instrument (610) having a pressure sensor for providing an output signal as a function of first and second pressures, the instrument further comprising first and second input members (34) and an arrangement according to claim 12 for isolatingly coupling the pressure from the fluid in the first and second input members (34) to the pressure sensor, and the first and second input members (34) having a pair of industry standard flange/adapter connectors (614) spaced apart at an industry standard spacing.

14. The instrument (610) of claim 13, wherein the pressure sensor is a differential pressure sensor.

15. The instrument (610) of claim 13 or 14, further comprising an adapter plate (616) having spaced-apart connection paths (642) such that the centers of the connection paths (642) are offset from both the centers of the openings (640) in the flange/adapter connectors (614) and the centers of the inlet spaces (622) of the assembly.